Question

16．硫酸是工業(yè)生產(chǎn)中重要的產(chǎn)品之一，在很多領(lǐng)域都有重要用途．回答下列問題：
（1）在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中，我國采用黃鐵礦為原料生產(chǎn)SO₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；該反應(yīng)在沸騰爐（填設(shè)備名稱）中進行．
（2）為了有利于SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃，且能充分利用熱能，可采用在有多層催化劑且有熱交換器的接觸室（填設(shè)備名稱）中進行反應(yīng)．在如圖所示的裝置中，C處流出的氣體有SO₃、SO₂、O₂，SO₃進入吸收塔（填設(shè)備名稱）中用98.3%的H₂SO₄吸收，得到濃硫酸或發(fā)煙硫酸．
（3）實驗測得：SO₂生成SO₃的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如表所示．已知400～600℃催化劑的催化效果較好，結(jié)合生產(chǎn)實際，選擇最合適的生產(chǎn)條件是400℃，1個標準大氣壓

壓強 SO2轉(zhuǎn)化率 溫度	1.0×105Pa	5.0×105Pa	1.0×106Pa	1.5×106Pa
400℃	0.9961	0.9972	0.9984	0.9989
500℃	0.9675	0.9767	0.9852	0.9894
600℃	0.8528	0.8897	0.9276	0.9468

（4）欲提高SO₂的反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是B（填選項字母）．
A．向裝置中通入氮氣且保持體積不變
B．向裝置中通入稍過量氧氣且保持體積不變
C．添加更多的催化劑
D．降低溫度，及時轉(zhuǎn)移SO₃
（5）吸收塔排出的尾氣中，若SO₂的含量超過500μL•L^-1，就要加以處理，處理方法之一是用氨水洗滌煙氣脫硫，用足量氨水吸收尾氣中SO₂的化學(xué)方程式為2NH₃•H₂O+SO₂=（NH₄）₂SO₃+H₂O．

Answer 1

分析 本題是利用黃鐵礦燃燒工業(yè)制備硫酸的工業(yè)流程題，涉及沸騰爐里發(fā)生的反應(yīng)，因為SO₂的催化氧化是可逆反應(yīng)且是放熱反應(yīng)，反應(yīng)需在接觸室里進行，利用熱交換器給反應(yīng)物預(yù)熱，出來的是三種氣體的混合氣體，因SO₃溶解于水放熱，用濃硫酸吸收SO₃可提高吸收效率，尾氣可選擇用氨水吸收，防止污染環(huán)境并變廢為寶，據(jù)此分析解題．
（1）根據(jù)黃鐵礦的主要成分為FeS₂，煅燒時與O₂反應(yīng)生成Fe₂O₃和SO₂；黃鐵礦煅燒的設(shè)備是沸騰爐；
（2）SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃在接觸室中進行；根據(jù)SO₂與O₂的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，所以C處流出的氣體有：SO₂、SO₃、O₂；為了防止酸霧的形成，用98.3%的H₂SO₄吸收SO₃，吸收SO₃的設(shè)備是吸收塔；
（3）根據(jù)SO₂的轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)成本來選擇；
（4）提高反應(yīng)速率和SO₂的轉(zhuǎn)化率，依據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動方向判斷；
（5）根據(jù)SO₂為酸性氧化物，與堿反應(yīng)生成鹽和水書寫．

解答 解：（1）黃鐵礦的主要成分為FeS₂，煅燒時與O₂反應(yīng)生成Fe₂O₃和SO₂，化學(xué)方程式為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；黃鐵礦煅燒的設(shè)備是沸騰爐，故答案為：4FeS₂+11O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8SO₂；沸騰爐；
（2）SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃在接觸室中進行；SO₂與O₂的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，所以C處流出的氣體有：SO₂、SO₃、O₂；為了防止酸霧的形成，用98.3%的H₂SO₄吸收SO₃，吸收SO₃的設(shè)備是吸收塔，故答案為：接觸室； SO₃、SO₂、O₂；吸收塔；98.3%的H₂SO₄；
（3）因為SO₂與O₂的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以選擇的溫度為400℃，而1個標準大氣壓時SO₂的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，再增大壓強，SO₂的轉(zhuǎn)化率提高不大，但會增加生產(chǎn)成本，所以選擇1個標準大氣壓，故答案為：400℃，1個標準大氣壓；
（4）A、恒溫恒容通入與平衡無關(guān)的氣體，總壓增大，分壓不變，平衡不動，二氧化硫轉(zhuǎn)化率不變；故A錯誤；
B、增加氧氣的量，反應(yīng)物濃度增大，反應(yīng)速率增大，會使平衡正向進行，提高了二氧化硫的轉(zhuǎn)化率；故B正確；
C、催化劑只改變速率不改變平衡，不改變轉(zhuǎn)化率；故C錯誤；
D、降低溫度，及時轉(zhuǎn)移SO₃ 可以使平衡正向進行，二氧化硫轉(zhuǎn)化率增大，但降溫反應(yīng)速率減小，故D錯誤；
故選B．
（5）SO₂為酸性氧化物，與堿反應(yīng)生成鹽和水，化學(xué)方程式為：2NH₃•H₂O+SO₂=（NH₄）₂SO₃+H₂O，故答案為：2NH₃•H₂O+SO₂=（NH₄）₂SO₃+H₂O．

點評 本題考查了工業(yè)制硫酸的生成過程和反應(yīng)特征，二氧化硫的催化氧化反應(yīng)的條件選擇，尾氣吸收的方法判斷，二氧化硫接觸室催化氧化反應(yīng)的平衡移動，題目難度中等